論文の概要: Multimodal Trajectory Planning for Surface Vehicles using Turning Circle-based Control Barrier Functions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.19537v1
- Date: Thu, 20 Aug 2026 01:18:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-21 20:28:51.431341
- Title: Multimodal Trajectory Planning for Surface Vehicles using Turning Circle-based Control Barrier Functions
- Title（参考訳）: 旋回円周制御バリア関数を用いた表面車両のマルチモーダル軌道計画
- Abstract要約: 提案手法は,モデル予測制御(MPC)と回転円型制御バリア関数(TC-CBF)を統合する。
TC-CBFは、表面車両の非ホロノミック運動と有限回転能力を説明する。
その幾何学的定式化は、車両の旋回円に従って実現可能な回避領域を特定し、異なる左右旋回回避モードを生成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: This paper presents a guide path-free multimodal trajectory planning framework for autonomous surface vehicles operating in dynamic environments. The proposed method integrates model predictive control (MPC) with a turning circle-based control barrier function (TC-CBF). Unlike conventional Euclidean distance-based CBFs (ED-CBFs), which evaluate safety solely based on proximity, the TC-CBF accounts for the nonholonomic motion and finite turning capability of a surface vehicle. Its geometric formulation identifies feasible avoidance regions according to the vehicle's turning circles and generates distinct left- and right-turning avoidance modes. These modes allow the optimization solver to explore and select topologically different trajectories without relying on globally planned guide paths, as required by many conventional multimodal planning approaches. By embedding the avoidance direction directly into the safety constraint, the proposed framework alleviates the local-minimum and deadlock problems of single-mode MPC while maintaining computational efficiency. Extensive simulations involving multiple moving vessels demonstrate that the proposed method achieves higher success rates, fewer safety violations, and smaller residual violations than single-mode baselines across all tested traffic densities.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,動的環境下で動作する自動表面積車両のためのガイドパスフリーマルチモーダル軌道計画フレームワークを提案する。
提案手法は,モデル予測制御(MPC)と回転円型制御バリア関数(TC-CBF)を統合する。
近接距離のみに基づいて安全性を評価する従来のユークリッド距離ベースCBF(ED-CBFs)とは異なり、TC-CBFは表面車両の非ホロノミック運動と有限回転能を考慮に入れている。
その幾何学的定式化は、車両の旋回円に従って実現可能な回避領域を特定し、異なる左右旋回回避モードを生成する。
これらのモードにより、多くの従来のマルチモーダル計画手法で要求されるように、グローバルに計画されたガイドパスに頼ることなく、最適化ソルバがトポロジ的に異なる軌道を探索し、選択することができる。
安全性制約に直接回避方向を埋め込むことにより、計算効率を保ちながら、単一モードMPCの局所最小およびデッドロック問題を緩和する。
複数の移動船を含む広範囲なシミュレーションにより、提案手法は、試験された全ての交通密度の単モードベースラインよりも高い成功率、安全性違反の少ない、残差違反の少ないことを実証した。
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